专利名称：Mos晶体管电学统计模型的快速建模方法
技术领域：
本发明涉及一种MOS晶体管电学统计模型的快速建模方法。
背景技术：
集成电路产品在工艺制造过程中， 一般要经过上百道工艺环节。由于每一 道工艺在统计意义上的不确定性因素的影响，即使出于同一设计的产品，其电 路性能也会由于不同的制造车间，工艺的不同批次，不同的晶圆以及不同的芯 片位置而发生相应的变化。
因此，在集成电路设计时建立的器件模型，应充分考虑这些不确定性统计因 素的影响，建立相应的器件龟学统计模型。利用此建立的模型做蒙特卡罗仿真 时，模拟仿真得到电路性能统计分布应与实际工艺制造的电路性能统计分布保 持基本一致。
目前，建立M0S晶体管电学统计模型的方法一般分为2种前向传播 (forward propagation ) 禾口后向传播(backward propagation)。"前向传播，， 方法的主要优点是过程直接明了，但较难确定所有的模型参数标准偏差。"后向 传播"方法的主要优点是确定的模型参数标准偏差具有相当的可靠性，但难点在 于工艺偏差与模型偏差的灵敏度的分析。
由于"后向传播"采用从可测的工艺偏差反向推算模型偏差的方法，模型偏差 具有较高的可信度，因而，工业界普遍采取后向传播的建模方法。而后向传播 的统计模型建模方法的难度与关键则是统计特征参量的选取方法和相关灵敏度 的分析。只有选取合适的统计特征参量，计算出准确的相关灵敏度并据此建立
统计模型，经仿真得到的模拟结果才会和实际的统计数据相吻合。
为建立MOS晶体管电学统计模型，目前，许多公司都开发了不同的统计特征 参量选取的办法和灵敏度的分析技术。但这些方法，特别是其中的灵敏度的分 析技术，往往涉及复杂的数学运算和繁琐的数值优化。
后向传播法在得到大量的器件统计数据之后，工艺标准偏差可从数据的分 析中求解，统计模型的开发关键是分析并确定工艺偏差与模型偏差的灵敏度， 因此，通常采用式(1)所示的矩阵运算得到模型参数标准偏差。<formula>complex formula see original document page 4</formula>
分别是工艺标准偏差，模型参数标准偏差以及
工艺偏差与模型偏差的灵敏度<
目前常;
晶体管电学统计模型开发中， 一般选取的统计特征参量包括
Tox、 Nch、 Vfb、 Dvt、 K2、 K3、 K3B、 Lint、 Wint、 U0、 XI、 Xw、 Vth0、 Xj、 Rsh 等等。参量多，并且在分析及确定灵敏度时，需要根据MOS晶体管物理解析模型 的公式进行复杂的求解。
本发明的目的是提供一种MOS晶体管电学统计模型的快速建模方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种MOS晶体管电学统计模型的快速建 模方法。该方法的特点是，仅选取氧化层厚度Tox、工艺所致的沟道长度的变化 XI、工艺所致的沟道宽度的变化Xw、源极与漏极接触的块电阻Rsh、阈值电压 的短沟道效应系数kl、以及器件的阈值电压Vth0这6个工业界标准的MOS BSIM4 模型中的模型参数，并且在灵敏度分析中，运用数值差分法，通过选取合适的 差分步进，最终确定合理的灵敏度值，从而能快速建模，提高集成电路设计工 作的效率和准确性。
本发明的M0S晶体管电学统计模型的快速建模方法，其特点是，该方法包 括在生产线中收集大量工艺参数并得到与这些工艺参数相关的工艺标准偏差的 步骤、选取6个模型统计参数并且进行模型参数与工艺标准偏差的灵敏度分析 的步骤、在已知的灵敏度基础上由生产线中收集的工艺标准偏差反推出模型参 数的标准偏差的步骤、以及将模型参数的标准偏差写入模型文件并进行仿真而 且微调模型参数的标准偏差值直到仿真工艺标准偏差与实测工艺标准偏差的数 据基本相符的步骤。
应用本发明，能较快地选取电学统计模型中的特征参量并分析相关灵敏度， 提高建模效率。
本发明的MOS晶体管电学统计模型的快速建模方法，选取的6个模型参数 均为工业界标准的MOS BSIM4中的氧化层厚度Tox、工艺所致的沟道长度的变化 XI、工艺所致的沟道宽度的变化Xw、源极与漏极接触的块电阻Rsh、阈值电压 的短沟道效应系数kl、以及器件的阈值电压VthO。
该方法，不是釆用一般选取的统计特征参量包括Tox、 Nch、 Vfb、 Dvt、 K2、 K3、 K3B、 Lint、 Wint、 U0、 XI、 Xw、 Vth0、 Xj禾卩Rsh的复杂方法，而是采用 对器件模拟性能的影响程度较大6个模型参数，这些统计特征参量既具有物理
性和可测性，又具有较高的灵敏度。因此，以上模型参数是较理想的统计特征 参量，能取得建模快速且准确的效果。
本发明的MOS晶体管电学统计模型的快速建模方法，可在灵敏度分析步骤 中，运用数值差分的方法，通过选取的差分步进，确定合理灵敏度数值。
在灵敏度的分析与确定时，充分发挥HSPICE或者SPECTRE仿真器内部完备 的物理解析模型库以及高速的计算能力，运用数值差分方法，通过选取合适的 差分步进，能较快地得到比较合理的灵敏度数值，从而取得建模快速且准确的 效果。
本发明的MOS晶体管电学统计模型的快速建模方法，可使数值差分法中选 取的差分步进为Atox = 0. lnm、 AX1 = lnm、 AXw = lnm、 A Rsh = 0. 01 Q 、 A kl= 0. 01和A Vth0 = 0. lmV,并且最终确定的合理灵敏度值对饱和电流依次为 -1.62、 -0.38、 0.02、 -0.1、 7. 045和0. 5，对阈值电压则依次为0. 2、 0.548、 -0.0055、 1.012、 -0. 2和0. 4。
通过上述差分步进参数的选取，能较快地得到比较合理的灵敏度数值，从 而取得建模快速且准确的效果。
附圉说明
图l是本发明工艺流程图。
附图中SI-工艺标准偏差；S2— 6个模型参数与工艺标准偏差的数值差 分法灵敏度分析；S3—模型参数标准偏差；S4—仿真工艺标准偏差二实测工
艺标准偏差。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。
实施方式l
如
图1所示，本发明的MOS晶体管电学统计模型的快速建模方法，包括在 生产线中收集大量工艺参数并得到与这些工艺参数相关的工艺标准偏差的步骤 Sl、选取6个模型参数并且进行模型参数与工艺标准偏差的数值差分法灵敏度 分析的步骤S2、在己知的灵敏度基础上由生产线中收集的工艺标准偏差反向推 出模型参数标准偏差的步骤S3、以及将模型参数标准偏差写入模型文件并进行 仿真的步骤，而且该仿真步骤中，还对模型参数标准偏差值进行微调，直到仿 真工艺标准偏差与实测工艺标准偏差的两者结果基本相符的步骤S4。
实施方式2
本实施方式2的快速建模方法涉及实施方式1中的快速建模方法，其中6 个模型参数为工业界标准MOS BSIM4中的氧化层厚度Tox、工艺所致的沟道长度 的变化X1、工艺所致的沟道宽度的变化Xw、源极与漏极接触的块电阻Rsh、阈 值电压的短沟道效应系数kl、以及器件的阈值电压VthO。
实施方式3
本实施方式3的快速建模方法涉及实施方式2中的快速建模方法，其中在 灵敏度分析步骤运用数值差分的方法，通过选取的差分步进，确定合理灵敏度 数值。
实施方式4
本实施方式4的快速建模方法涉及实施方式3中的快速建模方法，其中选 取的差分步进为Atox = 0. lnm、 AX1 = lnm、 AXw = lnm、 ARsh = 0. 01 Q 、 △ kl=0.01和AVthO = 0. lmV,最终确定合理灵敏度值对饱和电流依次为-1.62、 -0. 38、 0. 02、 -O. 1、 7. 045和0. 5，对阈值电压则依次为0. 2、 0. 548、 -0. 0055、 1.012、 -0. 2和0. 4。
权利要求
1、一种MOS晶体管电学统计模型的快速建模方法，其特征在于，包括在生产线中收集大量工艺参数并得到与这些工艺参数相关的工艺标准偏差的步骤(S1)、选取6个模型参数并且进行所述模型参数与所述工艺标准偏差的数值差分法灵敏度分析的步骤(S2)、在已知的灵敏度基础上由生产线中收集的所述工艺标准偏差反向推出所述模型参数标准偏差的步骤(S3)、以及将所述模型参数标准偏差写入模型文件并进行仿真而且微调所述模型参数标准偏差值直到仿真工艺标准偏差与实测工艺标准偏差数据的两者结果基本相符的步骤(S4)。
2、 根据权利要求1中所述的快速建模方法，其特征在于，选取的所述6个 模型参数为工业界标准MOS BSIM4模型中的氧化层厚度Tox、工艺所致的沟道 长度的变化X1、工艺所致的沟道宽度的变化Xw、源极与漏极接触的块电阻Rsh、 阈值电压的短沟道效应系数kl、以及器件的阈值电压Vth0。
3、 根据权利要求2中所述的快速建模方法，其特征在于，所述灵敏度分析 步骤中，运用数值差分的方法，通过选取的差分步进，确定合理的灵敏度数值。
4、 根据权利要求3中所述的快速建模方法，其特征在于，所述选取的差分 步进为A tox 二 0. lnm、 AXl = lnm、 AXw=lnm、 ARsh = 0. 01Q、 A kl= 0. 01 和AVthO二O. lmV，最终确定的所述合理灵敏度值对饱和电流依次为-1.62、-0. 38、 0. 02、 -0. 1、 7. 045和0. 5，对阈值电压则依次为0. 2、 0. 548、 -0. 0055、 1.012、 -0.2和0.4。
全文摘要
一种MOS晶体管电学统计模型的快速建模方法，该方法包括在生产线中收集大量工艺参数并得到与这些工艺参数相关的工艺标准偏差的步骤S1，选取6个模型参数并且进行模型参数与工艺标准偏差的数值差分法灵敏度分析的步骤S2，在已知的灵敏度基础上由生产线中收集的工艺标准偏差反向推出模型参数标准偏差的步骤S3，以及将模型参数标准偏差写入模型文件并进行仿真而且微调模型参数标准偏差值直到仿真工艺标准偏差与实测工艺标准偏差数据的两者结果基本相符的步骤S4。该方法能较简便且快速地完成对MOS晶体管电学统计模型的建模，提高集成电路设计工作的效率和准确性。
文档编号G06F17/50GK101196936SQ20061011909
公开日2008年6月11日 申请日期2006年12月5日 优先权日2006年12月5日
发明者周天舒 申请人:上海华虹Nec电子有限公司